Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Гидроэнергетика (методичка_2012).doc
Скачиваний:
197
Добавлен:
27.03.2015
Размер:
2.08 Mб
Скачать

Порядок выполнения работы

  1. Пользуясь данными из таблиц 3.1 и 3.2 построить кривые зависимости нижнего бьефа от расхода водохранилища (для русловой ГЭС построить кривые, как для летнего, так и для зимнего периода).

  2. Для удобства ведения расчётов результаты лучше всего свести в таблицу 3.5.

  3. Задать значения расхода (от 0 до 1500 м3/с с шагом в 100 м3/с – для русловых ГЭС и от 0 до 35 м3/с с шагом в 5 м3/с- деривационных ГЭС ) в колонке 1 таблицы 3.5. В колонку 2 внести значения расхода с учетом зимнего коэффициента для русловых ГЭС.

Таблица 3.5

м^3/c

м^3/c

м

м

м

Напорные характеристики

Огранич. по мощности генераторов

Огранич. по пропускной способности турбины

1

2

3

4

5

8

9

10

11

12

13

  1. Пользуясь кривыми уровня нижнего бьефа определить при различных значениях расхода. Значения занести в столбцы 3 и 4.

  2. Произвести расчет потерь в водоподводящих сооружениях для деривационной ГЭС до формуле (3.2) и результаты записать в колонку 5.

  3. Пользуясь формулой (3.3) для русловых ГЭС и формулой (3.4) для деривационных ГЭС рассчитать изменение напора в зависимости от расхода через ГЭС. Данные записать в столбцы 8 и 9.

  4. Для построения ЛОГ необходимо задать значения напора соблюдая условие . Рассчитать значения расхода по формуле (3.5) и результаты занести в столбцы 10 и 11.

  5. Для построения ЛОТ необходимо задать значения напора соблюдая условие . Рассчитать значения расхода по формуле (3.6) и результаты занести в столбцы 12 и 13.

  6. Полученные значения могут быть графически представлены в следующем виде (рис. 3.3).

  7. В выводе объяснить физический смысл изменения вида напорных характеристик от величины напора и типа ГЭС. Указать значения ,,для полученных характеристик, описать назначение режимного поля ГЭС.

Задача № 4 Энергетические характеристики элементов гидроагрегата и гэс (2 часа)

Цель: изучить назначение основных энергетических характеристик ГЭС, научиться строить расходные, рабочие и удельные характеристики гидроагрегата (ГА) и всей станции.

Задачи:

  1. На основе универсальной характеристики гидроагрегата построить рабочую η=f(N), расходную Q=f(N) и удельную qуд=f(N) энергетические характеристики станции для различных значений напоров.

  2. Сделать вывод о видах и назначении энергетических характеристик ГЭС.

Основные сведения

Гидроагрегат состоит из турбины и генератора, которые имеют свои энергетические характеристики. Эти характеристики связывают такие параметры как мощность N, расход Q, напор Н и КПД η. Также на характеристиках могут быть учтены некоторые конструктивные особенности ГА – число оборотов турбины n, открытие направляющего аппарата и проч. На универсальных характеристиках турбин указываются все перечисленные параметры, на эксплуатационных – часть из них. Однако все характеристики имеют свою область использования.

На основе характеристик гидротурбины и генератора строятся энергетические характеристики гидроагрегата и станции. Рассмотрим подробнее эти характеристики.

Характеристики гидротурбин.

  1. Универсальные характеристики гидротурбин дают связь всех энергетических параметров мощности, расхода, КПД и напора (рис.4.1). Из такой характеристики можно построить рабочую.

Нi

  1. Рабочая характеристика представляет собой зависимость КПД от мощности η=f(N) при постоянном напоре. Соответственно при различных значениях напора будут получаться различные характеристики. Таким образом, имеет место быть семейство характеристик для каждой турбины и ГА.

КПД турбины представляет собой отношение получаемой полезной мощности турбины к той мощности потока, которая подводится в турбинную камеру:

. (4.1)

а.

б.

Так как напор и мощность турбины переменны, то меняется и КПД. На рис. 4.2.а показана зависимость КПД турбины от мощности при трех различных значениях напора. Из графика видно, что при каждом значении напора КПД достигает максимального значения при некотором определенном значении мощности.

Кроме того, рабочие характеристики различных видов гидротурбин сильно отличаются. Из рис. 4.3 видно, что эксплуатационные качества ковшевых К (1) и поворотно-лопастных турбин ПЛ (2) лучше, чем у радиально-осевых РО (3) и пропеллерных ПР (4), ввиду того, что КПД у первых двух видов мало изменяется при достаточно широком диапазоне изменения мощности. Наибольший КПД у всех типов турбин имеет место при мощностях 70-95 % от номинальной. Аналогично из рабочей характеристики можно построить универсальную.

Рис. 4.3. Рабочие характеристики различных типов турбины

  1. Расходная характеристика. Наибольшее распространение имеет эксплуатационная характеристика, которая связывает между собой параметры Q, H и N. Шкала расходов пропорциональная подведенной мощности Nподв=9,81НQ. Эта характеристика позволяет решать две основные задачи эксплуатации. Первая - какая мощность будет у турбины, если она будет работать при напоре Н с расходом Q? Вторая – какой расход требуется для работы турбины с мощностью N при напоре Н?

Расходные характеристики также строятся для различных напоров, поэтому представляют собой семейство кривых (рис.4.4 а)

а.

б.

Рис.4.4 Расходные характеристики а).турбины, б). ГЭС

  1. Удельная характеристика турбины qуд=f(N) показывает количество затраченного расхода на единицу мощности в 1 кВт и может быть получена на основе расходной характеристики путем использования выражения (4.2).

. (4.2)

На рис.4.5.а представлены удельные характеристики турбины для трех различных величин напоров. Важно заметить, что точка минимального расхода энергоресурса соответствует точке максимума КПД.

1ГА

2ГА

3ГА

N, кВт

N, кВт

  1. Дифференциальная характеристика турбины дает приращение расхода воды при малом изменении мощности:

(4.3)

Эту характеристику также называют характеристикой относительных приростов (рис.4.6.а). Она может быть получена на основе расходной эксплуатационной характеристики.

Рис.4.6 Дифференциальные характеристики а).турбины, б). ГЭС

а.

б.

Характеристика генератора. Гидрогенератор превращает механическую энергию вращения турбины в электрическую. Активная мощность связана с мощностью турбины соотношением .

Основной энергетической характеристикой генератора является рабочая характеристика

Рис.4.7 Рабочая характеристика генератора

Эта характеристика представлена на рис. 4.7, из которой видно, что при значительных колебаниях нагрузки КПД генераторов изменяется сравнительно мало. При нагрузке, равной 25 %от наибольшей, КПД генератора обычно не падает ниже 90-91%.

Характеристики ГА и станции. Энергетические характеристики агрегата дают также связь его мощности, расхода, напора и КПД, поэтому и вид характеристики остается прежним. Однако меняются значения мощности и КПД ввиду потерь во всех элементах ГА. Что касается характеристик ГЭС, то они определяются количеством ГА на станции. Далее примем, что все ГА станции одинаковы.

На рисунке 4.4.б представлены расходные характеристики станции, состоящей из трех агрегатов. Точка пересечения характеристик 1 и 2 при переходе от работы с одним агрегатом на работу с двумя показывает ту величину мощности, при которой работа одного ГА уже не выгодна с точки зрения затрачиваемого расхода. Аналогично на пересечении характеристик 2 и 3. Такие точки называются точками включения. На рисунке 4.4. б представлены характеристики для трех напоров. Соединение точек перехода от одного агрегата к двум и т.д. позволяет получить линии включения ГА. Таким образом, расходная характеристика станции для каждого значения напора – есть нижняя огибающая расходных характеристик каждого ГА.

На рисунке 4.2.б представлена рабочая характеристика для 3-х агрегатов при Н=const. Верхняя огибающая будет представлять рабочую характеристику станции.

На рисунках 4.5.б и 4.6.б представлены удельная и дифференциальная характеристики ГЭС соответственно.

Представленные абсолютные и относительные характеристики служат для решения задач внутристанционной оптимизации, таких как определения количества включенного оборудования, оптимального распределения мощности и проч.

Исходные данные:

Вариант

Hmin, (м)

Hp, (м)

Hmax, (м)

Na, (МВт)

Кол-во агрегатов

тип турбины

1

24

28

32

90

3

ПЛ-30а - В

2

25

29

31

88

3

ПЛ-30а - В

3

26

29

30

90

3

ПЛ-30а - В

4

27

30

32

100

3

ПЛ-30а - В

5

24,5

25

31,5

92

4

ПЛ-30а - В

6

25,5

27,5

30,5

98

4

ПЛ-30а - В

7

26,5

27

29,5

100

4

ПЛ-30а - В

8

24,2

28

32,5

85

4

ПЛ-30а - В

9

27

29

32

90

3

ПЛ-30а - В

10

25

30,5

32

92

3

ПЛ-30а - В

11

23

27

28

80

3

ПЛ-30а - В

12

23,5

29,5

30

83

3

ПЛ-30а - В

13

27,5

30

32

93

4

ПЛ-30а - В

14

75,0

90

100

450

4

РО-115/697

15

77,5

88

95

470

4

РО-115/697

16

80,0

92

95

480

4

РО-115/697

17

82,5

89,5

97,5

500

3

РО-115/697

18

85,0

90

95

520

3

РО-115/697

19

87,5

90,5

97,5

540

3

РО-115/697

20

78,0

86

95

510

3

РО-115/697

21

83,0

90

97

505

4

РО-115/697

22

188

215

230

490

4

РО-230

23

206

212

230

510

4

РО-230

24

208

214

227

470

4

РО-230

25

211

215

230

515

4

РО-230